20210609 月球上的灰塵(月塵):一個超乎尋常的問題

2021/06/10 291 1 天文探索 , 太陽系 , 探索任務 , 月球

灰塵是地球上一個討厭的東西。值得慶幸的是,我們可以簡單地拿出吸塵器或用抹布來擺脫塵蟎、纖維、土壤、花粉和其他微小碎片的混合物。

在地球的大氣層之外,灰塵是陰險的。在月球上,它是由破碎的岩石構成的,如果被吸入,對從月球登陸器到太空衣和人類的肺部都會有損害。在 NASA(美國國家航空暨太空總署)準備透過阿特米斯計劃(Artemis program)返回月球時,位於克里夫蘭(Cleveland)的 NASA 格倫研究中心的一個團隊正在努力減輕灰塵的危險。


▲ 在未來的阿特米斯任務(Artemis mission)中,一個太空人在月球表面上工作的藝術家渲染圖。影像來源:NASA

休士頓,我們需要一個真空

自阿波羅計劃以來,減少灰塵一直是 NASA 的一個問題。當太空人進入和離開登月艙時,灰塵無處不在,它堵塞了機械裝置,干擾了儀器,導致散熱器過熱,甚至撕裂了他們的太空衣。

NASA 格倫研究中心被動除塵材料項目的首席研究員 Sharon Miller 說:「我們從阿波羅計劃中了解到,月塵的大小可能小於 20 微米(約 0.00078 英寸),塵埃非常細小,具有研磨性和尖銳性,就像微小的玻璃片,使其成為更危險的威脅,而不僅僅是簡單的滋擾。」

50 年後,對於月球的長期探索和可持續性,以及未來人類對火星的探索,灰塵的挑戰性更大。

削去粗糙的邊緣

在地球上,汙垢和灰塵透過侵蝕作用被磨平了。就像水在鵝卵石上流淌或微風不斷吹過田野一樣,顆粒的粗糙表面被侵蝕掉了,使它們變得圓潤,相對容易處理。

NASA 格倫研究中心月塵紓解項目經理 Erica Montbach 博士說:「月球上沒有侵蝕,這是讓我吃驚的事情之一。當我剛開始時,我想這有什麼大不了的,我們在地球上經常處理灰塵。但這是不一樣的,因為沒有侵蝕,所以那些單獨的顆粒最終是非常尖銳和有角度的。它的破壞性是我們在地球上看不到的。」

與地球不同的是,月塵並沒有被包裹起來。表面上的任何活動都可以踢起滿滿一桶的東西。此外,無論是來自赤道、高地還是暗面,月塵的外觀和行為都可能不同。例如:面向太陽的一面不斷地暴露在太陽輻射下。正因為如此,白晝面的灰塵有一個正電荷。這種電荷意味著它會黏附在任何東西上,這就像地球上的靜電一樣。

月球灰塵挑戰的解決方案?

為了讓 NASA 在月球或火星上進行長期的人類和機器人探索,該機構需要更好地了解如何紓解無處不在的複雜灰塵問題。

2019 年 NASA 的太空技術任務中心(Space Technology Mission Directorate)建立了月球表面創新倡議(LSII),以協調跨機構團隊並刺激月球表面探索所需的新技術創造。灰塵紓解是 LSII 所涉及的關鍵能力領域之一,它正在研究不同探索系統的主動和被動紓解技術,如漫遊車、動力系統、太空衣和其他暴露於灰塵的表面硬體。

與 NASA 的大多數倡議一樣,該機構不會單獨行動。NASA 正在尋找工業界、學術界和其他組織的合作伙伴,以協助處理月塵的方法。

Montbach 說:「我們當然希望與 NASA 以外的其他人合作。我們覺得未來會有一個開放的商業空間,希望與最好的人合作。」

目前正在開發的灰塵紓解技術將從 2023 年開始在月球表面進行測試。一旦對其進行評估並確定最佳解決方案,NASA 可以在阿特米斯任務以及未來的火星任務中使用這項技術。

Miller 說:「研究月球以及最終研究火星,將給我們提供更多關於我們自己的星球和太陽系形成的訊息。當我們更了解我們自己的星球時,我們將對如何在未來保護它有更好的想法。」


▲ 太空人在月球土壤中的靴印特寫,這是在阿波羅11號月球艙外活動(EVA)期間用月球表面相機拍攝的。影像來源:NASA

✎ 參考資料 · References

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